DESIGN AND IMPLEMENTATION OF AN 8051 …

Politeknik Dergisi Journal of Polytechnic

Cilt: 5 Sayı: 3 s. 195-207, 2002 Vol: 5 No: 3 pp. 195-207, 2002

195

8051 AİLESİ MİKRODENETLEYİCİ EĞİTİM SETİNİN TASARIMI VE

GERÇEKLEŞTİRİLMESİ

Ömer Faruk BAY, Salih GÖRGÜNOĞLU

Gazi Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Elektronik ve Bilgisayar Eğitimi Bölümü

06500 Teknikokullar, ANKARA

ÖZET

Günümüzde mikrodenetleyici adı verilen işlemciler yaygın olarak bir çok alanda kullanılmaktadır. Çok sayıda analog ve

sayısal tümleşik elemanlar kullanılarak gerçekleştirilebilecek devre tasarımları tek bir mikrodenetleyici ile yapılabilmektedir.

Mikrodenetleyici kullanılarak yapılan devreler daha az yer kaplamaktadır. Harici donanım elemanları ile yapılan işler

mikrodenetleyici kontrol yazılımı ile yapılabilmektedir. Böylece donanımda değişiklik yapmadan sadece yazılımı değiştirerek

aynı cihaz üzerinde farklı işlemler yapma imkanı sunulmaktadır. Bu yüzden mikrodenetleyicilerin öğrenilmesi ve öğretilmesi

lisans eğitiminde büyük önem arz etmektedir. Bu çalışmada mikrodenetleyicilerin öğrenilmesini kolaylaştırmak ve deneysel

çalışmalarda kullanabilmek için genel amaçlı bir mikrodenetleyici eğitim seti tasarlanmış ve gerçekleştirilmiştir. Deney setinin

kullanımı ile ilgili örnek yazılımlar verilmiş, setin kullanımına yönelik bilgisayar ortamında bir arayüz yazılımı da yapılmıştır.

Böylece mikrodenetleyicinin ve eğitim seti içinde yer alan modüllerin daha iyi anlaşılması sağlanmıştır.

Anahtar Kelimeler : 8051 Mikrodenetleyici, RS232 Seri port, C++ Builder

DESIGN AND IMPLEMENTATION OF AN 8051 MICROCONTROLLER

EDUCATIONAL SET

ABSTRACT

In recent years, the processors which is called microcontroller have been used in many areas. The implementation of

circuit design by using a lot of integrated analog and digital element could be done using only one microcontroller. The design

that uses microcontroller require less board area. Because many tasks which is implemented using extra hardware elements are

performed by software. Thus, several processes can be implemented on a microcontroller by software without changing

hardware parts. So, learning and using microcontrollers are very important concept for undergraduate education in electrical

engineering and computer engineering. This paper presents an educational set specifically designed for teaching and learning the

8051 family microcontrollers. Control software and related information for using of educational set was given, and a computer

interface program related to use different module in educational set was prepared. Thus, understanding the microcontroller and

the modules in the educational set was made easy.

Keywords: 8051 microcontroller, RS232 serial port, C++ Builder

1. GİRİŞ

Mikrodenetleyiciler elektronik devre tasa-

rımlarında denetleme elemanı olarak çok yaygın

kullanıma sahip tümleşik elemanlardır. Bünyele-

rinde zamanlayıcı, sayıcı, giriş çıkış portları,

analog sayısal çevirme ünitesi, RAM bellek, ROM

bellek, PWM darbe üreteci, seri haberleşme bi-

rimi, ALU vb. birimler bulundururlar. ROM bel-

lek içinde kullanıcı tarafından yazılıp yerleştirilen

kontrol programı sayesinde sözü edilen birimler

çalıştırılır ve istenen işler yerine getirilir.

Mikrodenetleyici, ALU sayesinde matematiksel

işlemler yapabilme ve işlem sonuçlarını mantıksal

olarak değerlendirip karar verme yeteneğine de sa-

hiptir (1-4). Bu sayede donanımda değişiklik yap-

madan sadece mikrodenetleyicinin işleyeceği yazı-

lımı değiştirerek, değişik işlerin yapılması sağlana-

bilmektedir. Bu ise tasarımcıya büyük bir kolaylık

ve devre tasarımında esneklik sağlamaktadır. Ay-

rıca donanım maliyeti de oldukça azalmakta, yer

tasarrufu sağlanarak daha küçük boyutlu cihazların

yapılmasına imkan sağlanmaktadır.

Günümüzde tümleşik elemanlar üreten bir-

çok firma (Intel, Atmel, Michrochip, Texsas

Instrument, National Semiconductror vb.) değişik

özelliklere sahip mikrodenetleyiciler üretmekte-

dirler. Mikrodenetleyiciler birbirlerinden sahip ol-

dukları üniteler(ADC, PWM, Zamanlayıcı, vb),

Giriş/Çıkış bacak sayıları, çalışma hızları, bellek

kullanım şekilleri açılarından farklılıklar arz et-

mektedirler. Devre tasarımları yapılırken özellikle

maliyet açısından amaca en uygun mikrodeneteyici

bu özellikler göz önünde bulundurularak seçilmek-

tedir.

Mikrodenetleyicilerin çok yaygın olarak

kullanımı bu konunun lisans eğitiminde ağırlıklı

olarak verilmesini gerektirmektedir. Bu dersin ve-

Ömer Faruk BAY, Salih GÖRGÜNOĞLU/POLİTEKNİK DERGİSİ,CİLT 5, SAYI 3, 2002

196

rilmesinde ise hem donanım hem de yazılım kıs-

mının birlikte koordineli bir şekilde verilmesi bü-

yük önem arzetmektedir. Bunun için mikrodenet-

leyicinin öğrenilmesini kolaylaştırmaya yönelik bir

çok çalışma yapılmaktadır (5-11). Yapılan bu ça-

lışmaların çoğu simülatör çalışması olduğundan

öğrencinin bir bütün olarak mikrodenetleyici ta-

banlı bir sistemi tasarlayıp sonrada fiziksel olarak

gerçekleştirmesi mümkün olmamaktadır. Yapılan

çalışmaların bir kısmı ise ticari geliştirme bordları

kullanılarak labaratuvarda yapılan deneysel çalış-

maların verimli hale getirilmesine yöneliktir.

Ticari geliştirme bordları ise gelişmekte olan

ülkelerdeki okullar için pahalı seçimlerdir. Bu

çalışmada ise bir mikrodenetleyicinin hem

donanım hem de yazılım olarak öğrenilmesini

kolaylaştırmaya yönelik modüler yapıda bir eğitim

seti tasarlanmakta ve gerçekleştirilmektedir.

Eğitim setinin maliyeti ticari geliştirme

bordlarından oldukça düşük ve modüler yapıda

tasarlandığı için de geliştirmeye açıktır.

8051 mikrodenetleyici seçilmesinin sebebi

ise, bu mikrodenetleyici endüstriyel uygulamalarda

çok yaygın olarak kullanılmakta ve basit bir mima-

riye sahip bulunmaktadır. 20 den fazla birbirinden

bağımsız 8051 tabanlı eleman satan firma ve 12

den fazla bu mikrodenetleyici ile ilgili ders kitabı

bulunmaktadır (6). Bu mikrodenetleyiciye ait te-

meller öğrenildikten sonra bunlar diğer mikrode-

netleyicilere veya daha karmaşık mimarilere

kolaylıkla aktarılabilir.

Bu makalede, eğitim ve öğretim için düşük

maliyetli bir mikrodenetleyici eğitim setinin tasa-

rımı ve gerçekleştirilmesi sunulmaktadır. 2. bö-

lümde mikrodenetleyicinin yapısı anlatılmaktadır.

3. bölümde mikrodenetleyici eğitim setinin nasıl

tasarlandığı ve gerçekleştirildiği detaylı bir şekilde

sunulmaktadır. 4. bölümde bilgisayar seri haber-

leşme portunun nasıl kullanılacağı anlatılmaktadır.

5. bölümde ise mikrodenetleyici seti ile bilgisaya-

rın haberleşmesini sağlayan bilgisayar arayüz ya-

zılımı tanıtılmaktadır.

2. MİKRODENETLEYİCİNİN YAPISI

Eğitim setinin nasıl tasarlandığına geçmeden

önce mikrodenetleyicinin bazı önemli özellikle-

rinin bilinmesi gerekmektedir. Bunlar kesme

(Interrupt) kullanımı, zamanlayıcı kullanımı ve

özel fonksiyon kaydedicileridir.

2.1. Zamanlayıcı ve Sayıcı yapıları

Zamanlayıcı/Sayıcılar iç veya dış kaynaklı

bir zaman periyodunu ölçmek için veya olayları

saydırmak için kullanılır. Girişe uygulanan bir dar-

benin genişliğinin veya frekansının ölçülmesi buna

örnek olarak verilebilir. 8051 ürünlerinin çoğunda

iki adet 16 bitlik zamanlayıcı (T0, T1) ve her za-

manlayıcı için iki tane özel fonksiyon kaydedicisi

(Special Function Register-SFR)vardr. Bunlar T0

için TH0 ve TL0, T1 için TH1 ve TL1 dir. Bu se-

kiz bitlik zamanlayıcılar birleştiklerinde 16 bitlik

zamanlayıcıyı oluştururlar. Çalışma esnasında her

giriş darbesinde bir veya iki SFR deki sayma de-

ğeri bir artırılır. Şekil 1’de zamanlayıcının yapısı

görülmektedir.

Şekil-1. Zamanlayıcı/sayıcının yapısı

Zamanlayıcı/sayıcı zamanlayıcı durumunda

iken makine periyodunu sayar. Makine periyodu

saat frekansının 1/12 sidir. Sayıcı durumunda ma-

kine periyoduna bağlı olarak P3.4(T0) veya P3.5

(T1) dış giriş ucundan örnek alır. Giriş uçlarının 1

den 0’a geçişlerinde saklayıcının değeri 1 artar. Bir

sonraki örnekleme için bir makine periyodunun

geçmesi gerekir. Bu yüzden örnekleme frekansı

osilatör frekansının 1/24 üne eşittir. Daha yüksek

frekanslarda hatalı sayımlar oluşur. Zamanlayıcı

sayıcı ayrıca sayma değeri taştığında bir kesme

üretir. Bunun için ilgili kesme bayrağı yetkilendi-

rilmesi gerekir. Zamanlayıcı/sayıcı TMOD ve

TCON kaydedicileri programlanarak kullanılırlar.

Şekil 2’de TMOD ve TCON Kaydedicileri ve iş-

lev tanımlamaları görülmektedir.

8051 MİKRODENETLEYİCİ EĞİTİM SETİNİN TASARIMI... / POLİTEKNİK DERGİSİ, CİLT 5, SAYI 3, 2002

197

Şekil -2. TMOD ve TCON kaydedicileri

TMOD ilk 4 biti Zamanlayıcı-0 ve ikinci 4

biti Zamanlayıcı-1 ayarlamak için kullanılır.

GATE=1 olduğunda Zamanlayıcı x’in INTx dış

kesmesinin 1 olması yeterlidir. C/T zamanlayıcı

veya sayıcı seçme bitidir. Zamanlayıcı olarak

çalışacaksa bu bit 0 yapılır. Bu durumda sistem

saatini sayar. Eğer bu bit 1 yapılırsa harici Tx

bacağından gelen darbeleri sayar.

M1 ve M0 bitleri 4 çalışma modundan birini

seçer. Mod 1 seçildiğinde 16 bitlik sayma yapar

yani TH ve TL nin mevcut değerlerinden

başlayarak 65535(FFFF) değerine kadar sayar. Bu

değere ulaştığında kesme üreterek TFx bayrağını

set eder. Zamanlayıcıyı çalıştırmak veya

durdurmak için TCON kaydedicisindeki TRx

bitlerinden yararlanılır(4).

2.1.1 Zamanlayıcı ile zaman gecikmesi

yapmak

Zamanlayıcı THx ve TLx kaydedicisinin

birlikte oluşturduğu değerden itibaren 65535

değerine kadar sayar. Bundan yararlanarak istenen

zaman gecikmesi sağlanabilir. Örnek olarak 50

ms’lik bir zaman gecikmesi istensin. Sistem saat

frekansı 11.0592 MHz olsun bunun için şu sıra

izlenir.

Sayıcı saat frekansı =Sistem saat frekansı /12

=11.0592/12

=921.6 Khz

Her sayma için geçen

zaman =1/sayıcı saat frekansı

=1/921.6Khz

=1.085 s

Gecikme için sayma Sayısı

= Gecikme zamanı/Her sayım

için geçen zaman

= 50ms/1.085 s

=46080

THx ve TLx kaydedicilerine yüklenecek değer

Ön yükleme sayısı = 65536-Gecikme için sayma

sayısı

= 65536-46080

= 19456=4C00H

Dolayısı ile THx=4C ve TLx=00 değerleri

onaltılık olarak yüklenip zamanlayıcı çalıştırıldı-

ğında 50 ms lik gecikme sağlanacaktır

2.2. Kesmelerin Kullanımı

Mikrodenetleyici özellikle giriş çıkış işlem-

lerinde bir porttan değer gelip gelmediğini sürekli

kontrol etmek zorunda kalır. Bu ise sürekli olarak

mikrodenetleyiciyi meşgul ederek diğer işleri ak-

satabilir. Bunu önlemek için kesmelerden yararla-

nılır. Mikrodenetleyici bir işle meşgul iken kendi

işini bırakarak çevre birimlerden gelen isteğe ce-

vap vermesi ve daha sonra işine kaldığı yerden de-

vam etmesine kesme (interrupt) denir. Çevre bi-

rimler isteklerini mikrodenetleyiciye kesme girişle-

rine sinyal göndererek veya bazı kaydedicilerdeki

bitleri set ederek iletirler.

Tablo-1. 8051 kesme adresleri

8051 in beş adet kesme üreten kaynağı vardır.

Bunlardan iki tanesi harici diğerleri dahilidir. Bir

kesme geldiğinde işlemci derhal işini bırakıp gelen

kesme kaynağına göre kesme vektör adresine

dallanır. Burada kesme hizmeti için 8 baytlık bir

yer ayrılmıştır. Eğer bu adres alanı hizmet görecek

alt programın yazılımı için yeterli ise alt program

buraya yazılır. Eğer yeterli değilse kesme alt

programına bu adrese konulan bir LJMP komutu

ile gidilip RETI komutu ile dönülür.

Mikrodenetleyicili sisteme güç verildiğinde veya

RESET kesmesi üretildiğinde mikrodenetleyici

0000H adresine dallanarak buradaki ilk komutu

işlemeye başlar. Tablo 1’de kesmeler ve kesme

vektör adresleri görülmektedir(1). C derleyicisi

kesme olaylarını kendisi yönetmektedir.


198

Şekil-4 Mikrodenetleyici ana kart modülü devre şeması

3. MİKRODENETLEYİCİ EĞİTİM SETİNİN

TASARIMI

Mikrodenetleyici eğitim seti, Şekil 3’deki

genel blok şemada görüldüğü gibi, mikrode-

netleyici ana modülü, analog/sayısal çevirici

modülü (ADC), LCD ve LED modülü, step motor

sürme modülü, tuş takımı modülü olmak üzere beş

modülden meydana gelmektedir. Bilgisayar ara

yüz yazılımı C++ Builder görsel programlama dili

kullanılarak, mikrodenetleyici modülleri kontrol

yazılımları ise 8051 mikrodenetleyicisi için

geliştirilen standart C derleyicisi kullanılarak

gerçekleştirilmektedir.

Şekil-3. Eğitim setinin genel blok şeması

3.1 Ana kart modülü

Eğitim setinde yer alan anakart modülünde

AT89LV52 mikrodenetleyici kullanılmıştır ancak

8051 uyumlu ve 40 bacaklı DIP şeklindeki diğer

işlemcilerde kullanılabilir. Anakart üzerinde

mikrodenetleyicin tüm uçları kullanım esnekliği

sağlamak için konnektörlerle dışarı çıkarılmıştır.

Mikrodenetleyicinin saat sinyalini sağlamak için

11 MHz.’lik kristal kullanılmıştır. Ayrıca anakart

üzerinde seri haberleşme yapabilmek için seri ha-

berleşme birimi(RS232) eklenmiştir. Bu modülde

seri haberleşme için ICL232 tümleşik devresi kul-

lanılmıştır. Şekil-4 de anakart modülünün devre

şeması verilmektedir. Devredeki S1 anahatarı

mikrodenetleyiciyi resetlemek için kullanılmakta-

dır. Ayrıca mikrodenetleyicinin P0 portuna 4.7 k’

lık pul up dirençleri, P0 portunun yapısı gereği ko-

nulmuştur. Diğer portlara pull up dirençleri koy-

maya gerek yoktur.

3.2. Tuş takımı Modülü

Şekil-5 de görülen tuş takımı devresinde

74C922 kod çözücü tümdevresi kullanılmıştır. Bu

tümdevrenin tuşların bağlandığı satır ve sutun

girişleri ile bir kesme çıkışı ve veri çıkış portları

vardır. Herhangi bir tuşa basıldığında 74C922

tümdevresi basılan tuşu satır ve sütunları tarayarak

bulmaktadır. Veri çıkış uçlarına tuşun onaltılık

sayı kodunu yerleştirir ve tuş kodunun hazır

olduğunu belirtmek için DA çıkış ucunu belli bir

süre(yaklaşık 100ms) aktif yapar. Daha sonra

tekrar mantıksal 0 değerine çevirir. 74C922 kod

çözücü entegresinin DA çıkışının kullanımı ile

kesme üretilerek tuş kodlarının işlemciye

gönderilmesi sağlanır. Mikroişlemci kesme

girişleri mantıksal 0 da aktif olduğundan bu

tümdevrenin çıkışına bir transistör konularak

değilleme işlemi yapılmıştır.


199

Şekil-5. Tuştakımı modülü devre Şeması

3.2.1 Mikrodenetleyici tuştakımı

yazılımı

Aşağıda 8051 mikrodenetleyicisi için C

derleyicisi ile yapılan tustakımı devresi için örnek

yazılım formatı verilmektedir. C derleyicisi

kesmelere kendisi bir kesme numarası vererek

kullanmaktadır. INT0 harici kesmesinin numarası

0, Seri haberleşme kesme numarası 4 dür. Bu

bilgiler kullanılan C derleyicisinin kullanım

kılavuzundan öğrenilebilir(12).

#include<AT89X52.h> /* tanımlı register isimlerini

kullanabilmek için gerekli header dosyası*/

#include<intrins.h> /*_nop_; komutunu


Tuş takımını kullanabilmek için gerekli değişken

tanımlamaları sfr TUSPORTU=0x90 ; /* P0 portunun

P2.0,P2.1,P2.2,P2.3 port uclari tus takimi data girisi*/

unsigned char idata tuskodu;

Bir tuşa basıldığında tuş takımı INT0 girişine bir

sinyal gönderir. Bu sinyal kesme girişinden

aşağıdaki alt program ile algılanır. void EXT0(void) interrupt 0 /* 74c922 int0 kesme

girişini kullanmaktadır*/

{

EX0=0; /*INT0 yetkisiz*/

TUSPORTU=0xff; /*tuspotunu giriş olarak

ayarla*/

tuskodu=TUSPORTU; /*tuş kodunu oku*/

tuskodu=tuskodu & 0xf0; /*MSB 4 bite 74922 nin data

hatları bağlı olduğundan LSB 4 bit maskelendi*/

switch(tuskodu) /*tus koduna göre işlem

yap*/

{

case 0x00:/*Komutlar*/;break;

case 0x10: /*Komutlar*/;break;

case 0x20: /*Komutlar*/;break;

case 0x30: /*Komutlar*/;break;}

EX0=1;/*INT0 tekrar yetkili*/}

3.3. LCD ve LED Modülü

Devre tasarımında işlem sonuçlarını veya

istenen mesajları görmek için yedi segment LED

gösterge elemanlar veya LCD göstergeler

kullanılmaktadır. LED gösterge sadece sayısal

değerler ve birkaç karekter gösterebilmektedir.

Buna karşılık LCD göstergeler ile her türlü yazı ve

sayısal değeri göstermek mümkündür. Kontrolleri

yazılımla daha kolaydır. Bu yüzden uygulamalarda

LCD göstergeler daha çok tercih edilirler. LCD ler

çeşitli firmalar tarafından üretilmesine rağmen

kontrolleri standartlaşmıştır. Tüm LCD

göstergelerde yetki (Enable), oku yaz(R/W), ve

kaydedici seç(RS) uçları ile veri giriş hatları

vardır. Şekil 6’da LCD göstergenin blok şeması

görülmektedir.

Şekil -6 LCD iç yapısı

LCD göstergeler karakter ve satır sayısı

olarak çeşitli seçenekler sunarlar. LCD göstergeler

karakterlerin kodlarını saklayabilmek için bir

dahili RAM bulundururlar. Bu RAM’a Gösterge

Veri RAM’ı (Display Data RAM) adı verilir. Bir

satırında 16 karakteri olan 2 satırlık bir göstergeyi

her bir satırında 40 karakteri olan 2 sanal satır

olarak düşünmek mümkündür. Ancak bir anda 40

karakterden 16 sı görülebilmektedir. Kalan

karakterler ancak kaydırma işleminden sonra

görülebilirler. arzu edilen herhangi bir noktaya bir

karakter yazdırılmak istenirse önce DDRAM

adresi seçilmeli ve daha sonra karakter kodunun

buraya yazılması gerekmektedir(2). LCD gösterge

modülünde aynı zamanda 8 adet LED ışık da

yerleştirilmiştir. Böylece LED ışıklarla da değişik

uygulamaların yapılması sağlanmıştır.

3.3.1. LCD Kontrol İşlemleri

LCD göstergeye gönderilen veri ya bir

komut kodu veya bir karakterdir. LCD

göstergelerde ekranın temizlenmesi, imlecin başa

alınması , DDRAM adresinin seçilmesi, resetleme

gibi komut işlemleri vardır. Bunun için LCD ye

gönderilen verinin komut mu yoksa ekranda

gösterilecek bir karakter mi olduğu belirtilmelidir.


200

Şekil-.7’de LCD göstergeye yazma işlemine ait

zamanlama diyagramı görülmektedir. RS (Register

Select) ucu düşük seviyeye çekilirse yapılacak

işlem bir kontrol işlemidir. Eğer yüksek seviyede

tutulursa gönderilen bir komut değil karakterdir.

Şekil 7. LCD göstergeye yazma işlemine ait

zamanlama diyagramı

3.3.2. LCD komutları

Burada en çok kullanılan LCD komutları

anlatılacaktır.

Fonksiyon belirleme(Function Set) : Bu

komut ile veri yolunun büyüklüğü göstergedeki

satır sayısı ve font büyüklüğü belirlenir.

Göstergeyi kapat/aç (Display off/on) : LCD

göstergeyi açmak yada kapatmak için kullanılır.

Göstege kapalı iken DDRAM daki veriler korunur.

Göstergeyi temizle(Clear Display):

Göstergenin temizlenmesi DDRAM daki her

hücreye boşluk(20H) karakterinin yazılmasını ve

imlecin sol baştan göstergenin ilk karakterine

konumlanmasını sağlar.

İmleci kaydır(Shift Display): İmleci veya

göstergeyi sola veya sağa kaydırmak için

kullanılır.

İmleç Başa (Cursor Home) : İmleci en sola

ve en üst satıra konumlandırır.

Giriş Kipi(Entry mode) : Giriş kipi her

karakter okuma veya yazma işlemini takiben,

imlecin veya göstergenin işlemini belirler. En çok

kullanılan işlem modu, göstergenin o anki

değerlerinin korunarak imlecin bir sağa

kaydırılmasıdır. Bu düzenleme ile bir sonraki

karakter o anki konumun bir sağına yazılır

Şekil-8’de LCD Modül devre şeması ve

LED modül devre şeması görülmektedir

(a) (b)

Şekil-8 a) LCD Modül devre şeması

b) LED modül devre şeması

3.3.3. LCD ve LED yazılımı

Mikrodenetleyici LCD ve LED denetimi

için yapılması gereken değişken tanımlamaları şu

şekildedir.

#include<AT89X52.h> /* tanimli register isimlerini




sfr LCD_DATA=0x80; /* LCD VE ADC verisi* P0

portu uçlari*/

sbit LCD_RS=0xa7 ; /* LCD ekran RS ucu P2.7

port ucu*/

sbit LCD_RW=0xa6 ; /* LCD ekran Read/Write

ucu P2.6 port ucu*/

sbit LCD_E=0xa5 ; /* LCD ekran Enable ucu

P2.5 port ucu*/

sfr LEDDATA=0x80 ; /* P1 portu ayni zamanda

LED leri yakmak için de kullaniliyor*/

unsigned char idata leddegeri;

LCD kontrolü için gerekli alt programlar aşağıda

verilmektedir.

/*-Gecikme alt programı--*/

void DELAY(unsigned int x)

{unsigned int data j;

for(j=0;j<x;j++) {_nop_;_nop_;}}

/*Enable darbesi üretme alt programı*/

void CLOCK()

{

LCD_RW=0;LCD_E=0;DELAY(1);

LCD_E=1;DELAY(1);LCD_E=0;

}

/*-LCD resetleme alt programı */

/*function set 3c, display on 0c, clear display 01, entry

mode 06, cursor home 02 */

void RESETLEME()

{

LCD_RS=0;LCD_DATA=0x3c;

CLOCK();DELAY(18000);


CLOCK();DELAY(400);


201


CLOCK();DELAY(400);


CLOCK();DELAY(200);

LCD_DATA=0x0c; CLOCK();DELAY(200);

LCD_DATA=0x01; CLOCK();DELAY(8000);

LCD_DATA=0x06; CLOCK();DELAY(200);

}

/*--LCD data gönder alt programı-- */

void DATA_GONDER()

{

LCD_DATA=ACC;LCD_RS=1;CLOCK();

}

/*--LCD imleç konumlandırma-- */

/*128 line1 ,136 line2,192 line3, 200 line4 */

void LINE(unsigned char y)

{

LCD_DATA=y;LCD_RS=0;CLOCK();

}

/*Girilen bir sayıyı LCD göstergeye yazan alt

program*/

void DISPLAY(unsigned int x)

{

unsigned int data sayi;

unsigned char data s2,s1,s0;

sayi=x;

s2=sayi/100;

sayi=sayi%100;

s1=sayi/10;

sayi=sayi%10;

s0=sayi;

ACC=s2+48;DATA_GONDER(); /* s2 rakamı LCD

displayde görünür*/

ACC=s1+48;DATA_GONDER();

ACC=s0+48;DATA_GONDER();

}

/*Girilen bir sayıya göre LCD göstegeye mesaj yazan

altprogram*/

unsigned char code msg0(16)="GAZI UNV. ";

unsigned char code msg1(16)="TEK. EGT. FAK. ";

void MESAJ(unsigned char x)

{unsigned char i;

LINE(128);

for(i=0;i<=15;i++)

{switch (x)

{ case 0:ACC=msg0(i);DATA_GONDER();break;

case 1: ACC=msg1(i);DATA_GONDER();break;

}

}

}

/*LEDleri sağa veya sola yakan alt program*/

void LEDLER(unsigned char x)

{

unsigned char direction;

direction=x;

switch(direction)

{

case 0:

LEDDATA=~(leddegeri);

leddegeri=leddegeri >> 1;

if(leddegeri<=0) leddegeri=0x80;break;

case 1:

LEDDATA=~(leddegeri);

leddegeri=leddegeri << 1;

if(leddegeri<=0) leddegeri=0x01;break;

}

}

3.4. Analog/Sayısal çevirici modülü

Bu modülde analog/sayısal çevirici olarak

ADC804 tümdevresi kullanılmıştır. ADC804

tümdevresi 8 bitlik bir dönüştürücüdür. Bu

modülün devre şeması Şekil-9’da görülmektedir.

Dönüştürücünün içinde kendi referans üreticisi

vardır ancak istenirse dışarıdan VCC/2 değerinde

bir referans da verilebilir. Bu taktirde ADC804 5

voltluk bir giriş sinyalini FFH(255) olarak

çevirmektedir. ADC girişine analog sinyal bir

potansiyometre üzerinden verilmektedir.

ADC804’ün mikrodenetleyici yazılımı

yapılırken Şekil-10’daki zamanlama diyagramı

kullanılmıştır. ADC804’ün 4 ve 19 nolu

bacaklarına bağlanan direnç ve kondansatör ile

ADC804 için gerekli olan saat(clock) sinyali

üretilmektedir. Üretilen sinyalin frekansı:

Fclock=1/1.1*R*C dir. R=10K ve C=150pF

seçilirse Frekans değeri 606 Hz olmaktadır.

Devrede yüksek hız kullanılmamıştır. Şekil-10 da

500 kHz için örnek zamanlama diyagramı

görülmektedir.

Şekil-9 a) ADC804 analog/sayısal çevirici modül

devre şeması


202

Şekil-10 ADC804 zamanlama diyagramı

3.4.1. ADC yazılımı

Mikrodenetleyicinin ADC kontrol yazılımı

aşağıda verilmektedir.





sfr ADC_DATA=0x90; /* ADC data girisi

P1 port uclari */

sbit ADC_CS=0xb4 ; /* P3.4 port ucu*/

sbit ADC_RD=0xb5 ; /* P3.5 port ucu*/

sbit ADC_WR=0xb6 ; /* P3.6 port ucu*/

sbit ADC_INTR=0xb7 ; /* P3.7 port ucu*/

unsigned char idata dcdeger;

void ADCOKU(void)

{

ADC_CS=0; ADC_INTR=1;

ADC_WR=1;ADC_RD=1;

ADC_WR=0;DELAY(1);

ADC_WR=1;DELAY(50);

ADC_RD=0;DELAY(1);

/* while(ADC_INTR==1); ucu kullanılmamiştır bu uç

mikroislemciye baglanmayabilir*/

ADC_DATA=0xff;

adcdeger=ADC_DATA;

ADC_RD=1;

ADC_CS=1;

}

3.5. Step Motor Sürücü Modülü

Step motor sürücü devresi ULN2068

tümdevresi ile yapılmıştır. Bu tümdevre içinde

herbir çıkış üç transitörle sürülmekte olup 1.5

Amper akım verebilmekte ve 10 Volt besleme ile

çalışmaktadır. Hem bipolar hemde unipolar step

motoru sürebilmektedir. Şekil-11’de bu modülün

devre şeması verilmiştir.

Şekil-11 Step motor sürücü modülü devre şeması

Bipolar step motor 4 uca sahip olup şematik

gösterimi Şekil-12’deki gibidir. Unipolar step

motor 5 veya 6 uca sahip olup şematik gösterimi

Şekil 13 deki gibidir. Unipolar step motor devreye

bağlanırken ortak uçlar 10-12 voltluk bir Vcc

kaynağa bağlanır. Diğer uçlardan sürücü sinyaller

gönderilir.

Şekil-12 Bipolar step motor

Şekil-13 Unipolar step motor

3.5.1. Step motor yazılımı

Step motor için mikrodenetleyici kontrol

yazılımı aşağıda verilmektedir.





sfr MOTORDATA=0xa0; /*P2 portu P2.0 P2.1 P2.2

P2.3*/

unsigned char ptr;

void stepmotor(unsigned char x)

{ unsigned char code steptabright(

)={0x08,0x0c,0x04,0x06,0x02,0x03,0x01,0x09,


203

0x08,0x0c,0x04,0x06,0x02,0x03,0x01,0x09};/*yarım

adım sağa döndürme tablosu*/

unsigned char code steptableft(

)={0x09,0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08,

0x09,0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08}; /*yarım

adım sola döndürme tablosu */

unsigned char direction;

direction=x;

switch(direction)

{ case 0: /*Sağa dödür*/

MOTORDATA=steptabright(ptr) & 0x0f;

ptr++;

if (ptr>15) ptr=0;

break;

case 1: /*Sola döndür*/

MOTORDATA=steptableft(ptr) & 0x0f;

ptr++;

if (ptr>15) ptr=0;

break; }

3.6. Mikrodenetleyici seri port

haberleşme yazılımı

Yukarda bahsedilen modüllerin bilgisayar

vasıtası ile kontrolünü gerçekleştirmek için gerekli

olan seri port yazılımı ise aşağıda verilmektedir.





unsigned char rchar,tchar,bekle;

/* bu alt program seri port veri alış verişi için gerekli*/

void WAIT(void)

{ bekle=0xff;

while(bekle !=0);}

/* Seri portu ayarlama */

PCON=0x80; /*for 19200 baud

0x80*/

SCON = 0x50; /* mode 1: 8-bit

UART, enable receiver */

TMOD = 0x21; /* timer 1 mode 2 8-

Bit reload , Timer0 mode1 16 bit */

TH1 = 0xfd; /* reload value 57600 baud

the same for 19200 baud*/

TR1 = 1; /* timer 1 run for serial

communication */

/*Bilgisayara veri göndermek için*/

tchar=adcdeger;

SBUF=tchar;

WAIT();

/*Bilgisayardan veri almak için*/

void serial_int() interrupt 4

{ EX0=0;ES=0;

if(TI==1)

{TI=0; bekle=0;ES=1;}

else

{

RI=0;

ACC=SBUF;

rchar=ACC;

if(rchar==241) {Motoru sağa döndür

komutları}

if(rchar==242){motoru sola döndür komutları}

if(rchar==243){Ledleri sağa dogru yak

komutları}

if(rchar==244){Ledleri sola doğru yak }

if(rchar==245){ADC çevrimini başlat}

if(rchar==246){Motor, led ve ADC dur}

if(rchar>0 && rchar<240){hiz=rchar;}

bekle=0;

ES=1;

}

EX0=1;

}

4. BİLGİSAYAR SERİ HABERLEŞME

PORTUNUN KULLANIMI

Bilgisayar arayüz yazılımı Borland C++

Builder görsel programlama dili ile hazırlanmıştır.

C++ Builder, C++ dilinin özelliklerini bünyesine

barındıran ve güçlü bir program geliştirme ortamı

kullanıcıya sunan görsel bir programlama

dilidir(13). Programlama dillerinde seri port

kullanımı çok iyi bilinen bir konu değildir. Yapılan

bilgisayar arayüz yazılımı mikrodenetleyiciye

verileri seri porttan göndermektedir. Bu yüzden

seri haberleşmenin bu dilde nasıl yapıldığının

bilinmesi gerekmektedir. Bu işlem üç adımda

gerçekleşmektedir.

Port’un kullanıma açılması

Veri gönderme ve alma

Port’un kapatılması

Port’un kullanıma açılması için öncelikle

aşağıdaki global değişkenler tanımlanır.

HANDLE hComm = NULL;

COMMTIMEOUTS ctmoNew = {0}, ctmoOld;

DWORD dwBytesRead;

DCB dcbCommPort;

unsigned char Buffer(10);

Daha sonra Windows’un CreateFile fonksiyonu

kullanılarak aşağıdaki şekilde kullanıma açılır.

hComm = CreateFile("COM2",

GENERIC_READ | GENERIC_WRITE,

0,

0,


204

OPEN_EXISTING,

0,

0)

Portun kullanıma açılıp açılamadığı

aşağıdaki fonksiyon ile öğrenilebilir.

if(hComm == INVALID_HANDLE_VALUE)

{

ShowMessage("Port açılamadı");

Application->Terminate();

}

Port’un veri gönderme ve almada

kullanacağı buffer büyüklüğü aşağıdaki fonksiyon

ile ayarlanır.Hem giriş hemde çıkış bufferi 128

bayt olarak ayarlanmıştır

SetupComm(hComm, 128, 128);

Port’un zaman aşım değerleri aşağıdaki

fonksiyonlar ile ayarlanır.

Kullanılmakta olan zaman aşım değerlerini sakla

GetCommTimeouts(hComm,&ctmoOld);

Yeni zaman aşım değerlerini ayarla

ctmoNew.ReadTotalTimeoutConstant = 100;

ctmoNew.ReadTotalTimeoutMultiplier = 0;

ctmoNew.WriteTotalTimeoutMultiplier =0;

ctmoNew.WriteTotalTimeoutConstant =0;

SetCommTimeouts(hComm, &ctmoNew);

Portun kullanacağı protokol 19200 baud

rate, no parity, 8 bit veri uzunluğu ve 1 stop biti

olarak aşağıdaki şekilde ayarlanır.

dcbCommPort.DCBlength = sizeof(DCB);

GetCommState(hComm, &dcbCommPort);

BuildCommDCB("19200,N,8,1", &dcbCommPort);

SetCommState(hComm, &dcbCommPort);

Veri haberleşmesi bittikten sonra

programdan çıkarken port’u tekrar eski haline

getirmek için aşağıdaki komutlar kullanılır.

PurgeComm(hComm, PURGE_RXABORT);

SetCommTimeouts(hComm, &ctmoOld);

CloseHandle(hComm);

Bir baytlık veri göndermek için örneğin 246

verisini göndermek için

TransmitCommChar(hComm, 246);fonksiyonu

kullanılır.

Veri alışı yapmak için ise aşağıdaki program

kullanılabilir

while(basla)

{

if(say == 0) {

say=1;TransmitCommChar(hComm,246);}

ReadFile(hComm, &Buffer, 1 , &dwBytesRead,

NULL);

if(dwBytesRead) { say=0; adcdeger=Buffer(0); }

Application->ProcessMessages();

}

Bilgisyar 246 verisini göndermekte,

ReadFile fonksiyonu ile de port’u okumaktadır.

Porta bir değer gelmişse dwBytesRead değişkeni 0

dan farklı bir değer almaktadır. Bu durumda değer

hemen okunmakta ve say=0 sıfır yapılarak yeni bir

okuma için porta 246 değeri tekrar gönderilmek-

tedir. Basla değişkeni boolean olarak tanımlanmış

ve programda BAŞLA butonuna tıklandığında

true(1) değerini almakta ve DUR butonuna basıldı-

ğında ise false(0) değerini almaktadır. Buton tık-

lama olaylarını algılayabilmek ve sonsuz döngüden

çıkabilmek için Application->ProcessMessages()

fonksiyonu gereklidir.

5. BİLGİSAYAR ARAYÜZ YAZILIMI

Mikrodenetleyici ana modülü bilgisayara

RS-232 seri haberleşme port’u ile bağlanmıştır.

Bilgisayar seri port’tan mikrodenetleyiciye,

analog/sayısal çevirme modülü(ADC), LED mo-

dülünü veya step motoru sürmek için gerekli kont-

rol verilerini gönderir. Bu veriler yön (sağ, sol),

başla, dur, ve hız bilgilerinden oluşur.

Mikrodenetleyici bu verileri aldığında gerekli sü-

rücü işaret sinyallerini üreterek modüllere gönde-

rir. Örneğin bilgisayar ADC çevrimini başlat veri-

sini(245) gönderdiğinde mikrodenetleyici ADC

çevrimini başlatır ve okuduğu değeri tekrar bilgi-

sayara gönderir. Bilgisayar bu değeri hem sayısal

hemde grafik olarak ekranda gösterir. Mikrodenet-

leyicinin giriş çıkış için kullanılan portları (P0,.

P1, P2, P3) belirli bir kullanım amacı için

ayrılma-mıştır. Her modül istenilen port’a

bağlanabilir. Tuş takımı LCD göstergeye birtakım

bilgiler yazdırmak için kullanılmıştır. 0,1,2,3 tuşla-

rına bastıkça ekrana değişik mesajlar yazdıran bir

yazılım da örnek olarak eklenmiştir. Buradaki

amaç, tuş takımının ve LCD göstergenin kullanı-

mını göstermektir. Bilgisayar arayüz yazılımı C++


205

BAŞLA

ANA MENÜ

işlem türünü seç

İşlem

türü=ADCADC modülünü çalıştır

E

H

İşlem

türü=STEP

MOTOR

STEP MOTOR

modülünü çalıştırE

H

İşlem

türü=LEDLED modülünü çalıştır

E

H

İşlem

türü=KAPAT

E

SON

H

Builder 4.0 görsel programlama dili ile ve

mikrodenetleyici kontrol yazılımları ise C dili

kullanılarak yapılmıştır. Arayüz yazılımının akış

şeması Şekil-14’de verilmiştir.

Şekil-14. Bilgisayar arayüz yazılımı akış şeması

Bilgisayar arayüz yazılımı çalıştırıldığında ilk

olarak ana menü gelmektedir. Ana menü ekran

çıktısı Şekil-15’de görülmektedir. ADC butonuna

basıldığında ADC modül ekranı, Step motor

butonuna basıldığında Step motor modülü ekranı,

LED butonuna basıldığında Step motor modülü

ekranı gelmektedir.

Şekil-15 Bilgisayar arayüz yazılımı ana menü

ekranı

Şekil-16 ADC modülü ekranında gösterilen sinüs

sinyali

ADC modül ekranında BAŞLA butonuna

basıldığında seri port’tan 245 kodunu, DUR

butonuna basıldığında 246 kodunu, Okuma hızı

için ise 0-240 arası bir değer seri port’tan

mikrodenetleyiciye göndermektedir. Mikrodenetle-

yici başla verisini alır almaz ADC çevrimini

başlatmakta ve okuduğu değeri tekrar seri port’tan

bilgisayara göndermektedir. Bilgisayar bu değeri

ekranda hem sayısal hem de grafik olarak

göstermektedir. Şekil-16’de ADC girişine sinyal

jeneratöründen pozitif ofset değeri ayarlanarak, bir

sinüs sinyali uygulayarak elde edilen değerler

ekranda görülmektedir.


206

Şekil-17 Step motor modülü ekranı

Şekil-17’da görülen step motor modülü

ekranında da benzer bir işlem yerine getiril-

mektedir. BAŞLA butonuna basıldığında bilgisa-

yar mikrodenetleyiciye 241 kodunu, DUR için ise

246 kodunu mikrodenetleyiciye gönderkmek-tedir.

Mikrodenetleyici 241 kodunu alır almaz step

motoru çalıştırmaktadır. Motorun dönüş yönünü

değiştirmek için 241 ve 242 kodu mikrodenet-

leyiciye gönderilir. Mikrodenetleyici 241 kodunu

almakla motoru sağa 242 kodunu almakla motoru

sola döndürmektedir. Step motorun dönme hızı ise

kaydırma çubuğu ile yapılmaktadır. Bilgisayar,

kaydırma çubuğunun konumu değiştirildiğinde,

konum bilgisini sayısal değer olarak(0-240

arasında bir değer) mikrodenet-leyiciye

göndermektedir. Mikrodenetleyici de step motora

gönderilen sayısal kontrol sinyallerinin frekansını

gelen değere göre değiştirerek step motorun hızını

değiştirmektedir. Ayrıca motor dönüş yönü ve hızı

ekranda aynı zamanda simüle edilmektedir.

Şekil-18 LED kontrol ekranı

Şekil-18’de görülen LED modülü ekranında

ise LED ışıkların sağa, sola, hızlı veya yavaş

olarak kayarak yanması uygulaması yapılmaktadır.

Bu işlemler step motora benzer bir şekilde yerine

getirilmektedir.

6. SONUÇ

Bu çalışmada endüstriyel amaçlı uygulama-

larda çok yaygın olarak kullanılan

mikrodenetleyicilerin öğrenimini kolaylaştırmak

için bir model eğitim seti ve uygulama devreleri ta-

sarlanmış ve gerçekleştirilmiştir. Ayrıca bir bilgi-

sayar arayüz yazılımı yapılmış ve bu arayüz yazı-

lımı ile bir bigisayarla bir mikrodenetleyicinin bir-

likte nasıl kullanılabileceği gösterilmiştir. Örnek

uygulama devreleri ve bunlara ait mikrodenetleyici

yazılımları en basit halleri ile verilerek öğrenilme-

leri kolaylaştırılmıştır. Ayrıca yazılımlar C dili

kullanılarak yapılmış böylece C dilinin bir

mikrodenetleyicide nasıl kullanılabileceği göste-

rilmiştir. Bunun için kullanılan mikrodenetleyiciye

ait C derleyicisinin temin edilmesi gerekmektedir.

Kontrol yazılımları istenirse Assembly dili

kullanılarak da yazılabilir. C derleyicisi mikrode-

netleyicinin bellek kullanımı, kesme kullanımı gibi

kaynaklarını kendisi yöneterek kullanıcı ile

mikrodenetleyici arasında belli bir ölçüde donanım

soyutlaması sağlamaktadır. Böylece programcının

daha az veya asgari düzeyde mikrodenetleyicinin

iç yapısını ve özelliklerini bilmesi yeterli olmak-

tadır. Ayrıca C dilinin sağladığı program kontrol

ve döngü yapılarının kullanılması ile daha kolay,

hatasız ve geliştirilebilir programlar yazmak

mümkün olmaktadır. Mikrodenetleyicinin program

belleği sınırlı olduğundan kullanılacak C derle-

yicisi de dikkatli seçilmelidir. Çünkü C derleyi-

cilerinin aynı tür işlemler için ürettikleri kod

büyüklükleri farklı olmaktadır. Bu hem bellek

kullanımı hem de performans açısından önem arz

etmektedir.

KAYNAKLAR

1. Barnett, R.H., The Family of Microcontrollers,

Prentice Hall, New Jersey, 1995

2. Sinha,N.K., Microprocessor- Based Control

Systems, D. Reidell Publishing Company,

Holland.,1986

3. Intel 8-bit Embedded Controller

Handbook,1991

4. Atmel Corporation CDROM product Guide,

1999

5. Santos, A.; Boemo, E.; Faura, J.; Meneses, J. ,

Microcontrollers in education: a case-study,

Frontiers in Education Conference, Twenty-


207

fourth Annual Conference. Proceedings ,

Page(s): 378 –382, 1994

6. Beetner, D.; Pottinger, H.; Mitchell, K.

Laboratories teaching concepts in

microcontrollers and hardware-software co-

design, Frontiers in Education Conference,

30th Annual, Volume:2,.2000.

7. Del Rio, A., Andina, J.J.R., UV151:a

simulation tool for teaching/learning the

8051microcontroller, Frontiers in Education

Conference, 30th Annual , Volume: 2 , Page(s):

F4E/11 -F4E/16, 2000

8. Nunnally, C.E.,Teaching microcontrollers,

Frontiers in Education Conference, FIE '96.

26th Annual Conference., Proceedings of ,

Volume: 1 , Page(s): 434 -436 vol.1, 1996

9. del Rio, A.; Rodriguez, J.J.; Nogueiras, A.A.,

Learning microcontrollers with a CAI oriented

multi-micro simulation environment,

Education, IEEE Transactions on , Volume: 44

Issue: 2 , 2001

10. A.H.G. Al - dhaher, Integrating hardware and

software for the development of

microcontroller - based systems,

Microprocessor and microsystems”, 25 , 2001

11. T.K. Hamrita., R.W. McClendon, A New

Approach for Teaching Microcontroller

Courses, Int. J. Engng Ed. Vol. 13, 1997

12. Keil Software Inc, µVision2 IDE, C51

Compiler’s user guide

13. Kargülle,İ., Zeydin, P., C++ Builder 4,

Türkmen Kitabevi, İstanbul, 2000

DESIGN AND IMPLEMENTATION OF AN 8051 …

Documents

Transcript of DESIGN AND IMPLEMENTATION OF AN 8051 …